Chuyển mạch nhãn đa giao thức tổng quát GMPLS

Chương 1:Tổng quan về công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS và GMPLS 3 11. Giới thiệu 3 1.2. Công nghệ IP . 4 1.3. Công nghệ ATM 4 1.4. Công nghệ MPLS 6 1.4.1. Các khái niệm cơ bản MPLS . 9 1.4.2. Thành phần cơ bản của MPLS . 11 1.4.3. Các giao thức sử dụng trong MPLS 11 A. Giao thức phân phối nhãn (LDP) 12 B. Giao thức RSVP . 24 C. Giao thức CR – LDP . 29 D. Giao thức MPLS – BGP . 30 1.5.Công nghệ GMPLS . 30 1.5.1.Nhãn tổng quan của GMPLS . 31 1.5.2.Bộ giao thức GMPLS 32 Chương 2: Giới thiệu bài toán định tuyến và gán bước sóng trong mạng quang 33 2.1. Giới thiệu . 33 2.2.Các loại bài toán RWA 34 2.2.1. Thiết lập luồng quang tĩnh (SLE) 34 2.2.2. Thiếp lập luồng quang động (DLE) . 34 2.3.Các phương pháp giải quyết bài toán . 34 2.4.Cơ sở lý thuyết . 35 2.4.1. Giới thiệu lý thuyết đồ thị . 35 2.4.2. Giải thuật Dijkstra 35 2.5. Bài toán RWA trong thiết lập luồng quang tĩnh (SLE) . 36 2.6. Bài toán RWA trong thiết lập luồng quang động (DLE) 37 2.6.1. Bài toán định tuyến 38 A. Định tuyến cố định 38 B. Định tuyến thay thế cố định 38 C. Định tuyến thích nghi dựa trên thông tin tổng thể . 39 D. Định tuyến thích nghi dựa trên thông tin cục bộ . 43 2.6.2. Bài toán gán bước sóng 47 A. Thuật toán gán bước sóng theo thứ tự bước sóng 47 B. Thuật toán gán bước sóng ngẫu nhiên . 47 C. Thuật toán gán bước sóng dựa trên bước sóng sử dụng nhiều nhất ít nhất . 48 2.6.3. Báo hiệu và đặt trước tài nguyên . 48 A. Đặt trước sóng sóng . 48 B. Đặt trước theo chặng . 49 Chương 3:Phương pháp định tuyến và gán bước sóng trong mạng quang dựa trên kỹ thuật GMPLS 50 3.1 MPLS và mạng quang thông minh . 50 3.1.1. Tầm bao quát rộng lớn của MPLs . 50 3.1.2. Các giao thức định tuyến và phân phối nhãn trong nền MPLS . 51 3.1.3. Hướng tới ngăn xếp giao thức đơn giản hơn: IP/MPLS qua DWDM . 51 3.1.4. Tương quan giữa MPLS và mạng quang . 51 3.1.5. Liên kết và quản lý ba mặt phẳng điều khiển . 52 3.2 Bài toán định tuyến và gán bước sóng trong mạng quang tổ chức trên kỹ thuật GMPLS 53 3.2.1. Tổng quan về kỹ thuật GMPLS 53 3.2.2.Thiết lập và khôi phục luồng quang 54 3.3. Các điều kiện ràng buộc trong định tuyến quang 54 3.3.1. Điều kiện ràng buộc trong lớp vật lý 55 3.3.2. Các ràng buộc bước sóng . 55 3.3 Kiến trúc GMPLS 55 3.4. Bộ định tuyến GMPLS thực tế: Bộ định tuyến Hikari . 56 3.5 Kết luận chương . 58 Chương 4: Xây dựng mô hình bài toán định tuyến và gán bước sóng trong mạng quang sử dụng kỹ thuật GMPLs . 59 4.1. Tổng quan về OMNET++ 59 4.1.1. Giới thiệu chung . 59 4.1.2. Các thành phần chính của OMNET++ . 59 4.1.3. Ứng dụng . 60 4.1.4. Mô hình thuật toán trong OMNET++ . 60 4.1.5. Lập trình thuật toán 61 4.1.6. Sử dụng OMNET++ 61 4.1.7. Hệ thống file 63 4.2. Phương pháp thực luận nghiệm 65 4.2.1. Các giả thuyết . 65 A. Định nghĩa bài toán 65 B. Xem xét thời gian thiết lập yêu cầu 65 C. Yêu cầu đến 66 D. Xem xét kiến trúc của mạng quang thông minh ION 67 E. Các điều kiện ràng buộc vật lý 67 4.2.2. Xây dựng hàm mục tiêu . 69 4.2.3. Mô tả bài toán RWA 70 A. Giải thuật định tuyến 70 B. Mô tả bài toán định tuyến 72 4.3. Xây dựng mô hình . 76 4.3.1 Đường lối thực thi 76 A. Mô hình mạng 76 B. Các tham số hệ thống . 78 4.4. Kết quả và so sánh . 78 4.4.1. So sánh các bài toán gán bước sóng 78 4.4.2. Tắc nghẽn và trung bình tuyến liên kết sử dụng 79 4.4.3. Nhận xét chung về tắc nghẽn trong mạng ION . 80 4.4.4. So sánh giữa các thước đo TAW đơn giản và nâng cao 81

doc93 trang | Chia sẻ: lvcdongnoi | Lượt xem: 2834 | Lượt tải: 3download
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Chuyển mạch nhãn đa giao thức tổng quát GMPLS, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
cho luồng quang đã yêu cầu. Điều này thường được thực hiện bằng việc đưa vào giải thuật định tuyến dựa trên ràng buộc, mà tính toán tuyến mong muốn dưới các ràng buộc lớp vật lý và các ràng buộc hoạt động. + Quản lý tuyến: Bao gồm thiết lập và loại bỏ tuyến, bảo trì tuyến và phân bổ nhãn. Điều này được thực hiện chủ yếu bằng việc sử dụng các mở rộng của RSVP – TE hoặc CR- LDP. Bài toán RWA liên quan hầu hết đến khám phá tài nguyên và lựa chọn tuyến. Tuy nhiên, như đã nói ở trên bài toán RWA có thể bị liên quan rắc rối với quá trình quản lý tuyến để nó không thể xác định được kết quả của giải thuật RWA đã thực hiện theo cách thông thường mà không bổ sung thêm loại giao thức quản lý nào. 3.3. CÁC ĐIỀU KIỆN RÀNG BUỘC TRONG ĐỊNH TUYẾN QUANG. Mặc dù có sự giống nhau theo khía cạnh định tuyến giữa mạng IP và mạng ION, mạng ION phức tạp hơn bởi vì nó chứa các ràng buộc được bổ sung trong quyết định định tuyến. Sự khác nhau như vậy ví dụ như sau: + Mạng gói dữ liệu trái với mạng chuyển mạch kênh. Trong mạng IP việc chuyển tiếp các gói được thực hiện dựa trên cơ sở theo chặng. Trái lại trong mạng ION một kết nối, hoặc luồng quang phải được thiết lập theo các ràng buộc dựa trên tài nguyên mạng và cấu hình mạng. + Ngăn cách cấu hình mặt phẳng điều khiển và cấu hình mặt phẳng dữ liệu. Trái với các mạng IP, mạng ION có thể cung cấp tính bảo mật cao hơn bằng việc quản lý một mặt phẳng điều khiển ngoài dải băng; khác biệt hoàn toàn với cấu hình mặt phẳng dữ liệu. Giữa các ràng buộc chính được bổ xung ở lớp mạng ION là các ràng buộc lớp vật lý mà thông thường giải quyết các tín hiệu quang. 3.3.1. ĐIỀU KIỆN RÀNG BUỘC TRONG LỚP VẬT LÝ. Một số ràng buộc vật lý ảnh hưởng tới kết quả tính toán luồng quang phải được đưa vào tính toán. Quỹ công xuất ở nút nguồn, PMD (Tán sắc môt phân cực). Tán sắc màu, ASE xuyên âm giữa các kênh và các yếu tố phi tuyến khác là tất cả ràng buộc tới hạn để tính toán luồng quang. Có thể các ràng buộc khác, đặc biệt việc các tín hiệu tái tạo 3R được xem xét đến bởi nút lối vào thực hiện giải thuật RWA khi tính toán tuyến tối ưu cho nút lối ra. Ví dụ như, bộ định tuyến GMPLS HIKARI được dựa trên nền toàn quang với việc bổ sung các chức năng 3R và chuyển đổi bước sóng nếu tín hiệu bị suy giảm bởi suy hao sợi quang cũng như các hiệu ứng phi tuyến như là PMD hoặc ASE thì chức năng 3R được kích hoạt. Ngoài ra, việc chuyển đổi bước sóng cũng được sử dụng khi báo hiệu bị nghẽn bởi chiếm trước quá nhiều bước sóng. 3.2.2. CÁC RÀNG BUỘC BƯỚC SÓNG Trong mạng toàn quang, nếu không sử dụng chuyển đổi bước sóng được thì bước sóng liên tục phải được bảo toàn dọc luồng quang. Điều này làm phức tạp quyết định định tuyến và được gọi là ràng buộc bước sóng liên tục. Có nghĩa là bản tin quảng bá tuyến phải chứa thông tin về bước sóng có thể sử dụng ở mỗi tuyến liên kết sợi quang trong mạng ION. Giải pháp như vậy có thể đặt ra các vấn đề quan trọng liên quan đến khả năng mở rộng cấp độ bởi vì một số bước sóng trong mạng ION có chiều hướng quan trọng. Một số giải pháp đưa ra bước sóng có thể sử dụng trong tuyến liên kết sợi quang đã được thảo luận. Tuy nhiên, các giải pháp này đều có những thay đổi quan trọng với các giao thức định tuyến. 3.3. KIẾN TRÚC GMPLS Các mở rộng với IGPs như OSPF, IS-IS cho phép các nút trao đổi thông tin về cấu hình mạng quang, tài nguyên có thể sử dụng và các ràng buộc quản trị. Đặc tính định tuyến GMPLS lõi có thể sử dụng bằng ba phần: + Miêu tả chức năng định tuyến + Các IGP mở rộng như là OSPF-TE mở rộng. + IS-IS mở rộng Báo hiệu GMPLS mở rộng các chức năng cơ bản vốn có của báo hiệu RSVP-TE và CR-LDP và trong một số trường hợp bổ sung thêm tính năng. Những thay đổi và bổ sung này tác động mạnh đến các tính chất cơ bản của LSP, các lỗi được truyền như thế nào, và thông tin được cung cấp cho việc đồng bộ các nút lối vào và lối ra như thế nào. Đặc tính báo hiệu GMPLS lõi có thể được sử dụng bằng ba phần: + Miêu tả chức năng báo hiệu + RSVP-TE mở rộng + CR-LDP mở rộng. Định tuyến luồng quang động trong mạng IP qua WDM được dựa trên mô hình định tuyến dựa trên ràng buộc GMPLS. Ví dụ như, OSPF là giao thức trạng thái liên kết trong đó trạng thái của mỗi liên kết trong mạng được quảng bá một cách định kỳ tới tất cả các nút tạo nên LSAs. Thông tin này được sử dụng như đầu vào cho giải thuật thông thường hoặc giải thuật tính toán đường đi dựa trên ràng buộc Mà tính toán đường đi tuỳ thuộc vào các ràng buộc cấu hình, tài nguyên, các ràng buộc quản trị. Tiêu chuẩn GMPLS không xác định mà cũng không bắt buộc bất kỳ kiểu bài toán định tuyến nào. Điều này được thực thi khác nhau giữa các nhà cung cấp. Ngay khi một luồng quang thích hợp được lựa chọn. Một giao thức báo hiệu như CR-LDP hoặc RSVP – TE được gọi ra để thiết lập kết nối. Trong khi hiện nay tổ chức IETF tập trung vào một vài giao thức cụ thể thì bản thân GMPLS không hạn chế với bất kỳ giao thức định tuyến hay báo hiệu riêng nào. Hơn nữa, các giao thức như OSPF, CR-LDP và RSVP-TE mềm dẻo và thích hợp với thực hiện các bài toán định tuyến và báo hiệu khác nhau cho thiết lập luồng quang. 3.4. BỘ ĐỊNH TUYẾN GMPLS THỰC TẾ: BỘ ĐỊNH TUYẾN HIKARI Một phương pháp rất hay để giải quyết bài toán RWA được thực hiện bằng bộ định tuyến HIKARI. Trong thiết bị này, các bộ chuyển đổi bước sóng chỉ được sử dụng khi có tắc ngẽn do thiếu các bước sóng có thể sử dụng thoả mãn ràng buộc bước sóng liên tục. Bộ định tuyến HIKARI bao gồm một bộ định tuyến IP, một bộ định tuyến bước sóng và một bộ quản lý bộ định tuyến GMPLS như minh hoạ trong hình 3.1 Hình 3.1: Cấu trúc bộ định tuyến Hikari với TE đa lớp trên giám sát lưu lượng IP Để giải quyết bài toán RWA, bộ định tuyến HIKARI thực hiện giao thức định tuyến OSPF mở rộng và RSVP-TE mở rộng để đạt được đinh tuyến lựa chọn hiệu quả cũng như tối thiểu số lần yêu cầu chuyển đổi bước sóng. OSPF mở rộng cho phép xây dựng hai cơ sở dữ liệu trạng thái liên kết khác nhau phản ánh khả năng liên kết của mạng. Cơ sở dữ liệu liên kết trạng thái thông thường chứa thông tin trạng thái liên kết IP trong khi cơ sở dữ liệu có kỹ thuật lưu lượng TED (Traffic Engginering Database) chứa thông tin trạng thái liên kết quang. Đầu tiên, để quảng bá tuyến thì OSPF mở rộng được sử dụng. Mỗi bộ định tuyến HIKARI quảng bá tổng số bước sóng được sử dụng và không được sử dụng của nó. Nút biên sử dụng thông tin này để phân biết trạng thái liên kết GMPLS và có thể lựa chọn đường đi ít tốn kém nhất. Những thay đổi bao gồm thông tin tài nguyên 3R và tài nguyên chuyển đổi bước sóng. Thông tin này thường sử dụng cho định tuyến nguồn dựa trên tổng hợp đường đầu tiên ngắn nhất và thông tin tải. Để nâng cao chức năng báo hiệu, RSVP-TE mở rộng được đề xuất. Đầu tiên bộ định tuyến HIKARI đặt thông tin bước sóng không sử dụng bằng việc sử dụng khuôn dạng bitmap trong báo hiệu RSVP. Mỗi bộ định tuyến HIKARI quá giang ghi thông tin này bằng việc “ And “ giữa bitmap bước sóng không được sử dụng báo hiệu đến và các bước sóng không được sử dụng của nó. Nếu không có bước sóng không thể được sử dụng thì việc chuyển đổi bước sóng được sử dụng. Bộ định tuyến mà cung cấp chuyển đổi bước sóng tạo bitmap bước sóng không thể được sử dụng mới và gửi nó tới bộ định tuyến tiếp theo. Kỹ thuật báo hiệu và định tuyến giảm thiểu tần số chuyển đổi bước sóng trong mạng và do vậy có thể cung cấp các mạng quang rất hiệu quả kinh tế. Phương pháp được sử dụng để thiết lập luồng quang động được miêu tả trong bộ định tuyến HIKARI được đặc biệt quan tâm. Nó là trường hợp tốt nhất để thực hiện thiết lập luồng quang động DLE đạt tiêu chuẩn. Tuy nhiên, nó không cung cấp thêm chút thông tin nào về việc thông tin được hợp lại như thế nào bởi các bản tin quảng bá liên kết được xử lý thực tế bằng thuật toán RWA. Đặc biệt, định nghĩa thước đo liên kết không được đưa ra. Do vậy việc sử dụng thụ động chuyển đổi bước sóng sẽ làm cho tắc nghẽn yêu cầu kết nối nhiều hơn. Với đánh giá đó, việc chuyển đổi bước sóng vẫn rất tốn kém và không hoàn toàn có giá trị về mặt thương mại. Do vậy, rất có thể nhu cầu thực tế cho thuật toán RWA sẽ thực hiện chủ yếu dưới điều kiện ràng buộc bước sóng liên tục. 3.5.Kết luận chương Chương này đã chỉ ra rằng bài toán RWA là một bài toán rất phức tạp. Mặt khác, gần đây đã trở nên rõ ràng GMPLS là giải pháp mặt phẳng điều khiển tốt nhất cho mạng thế hệ sau. Trong GMPLS, nhãn MPLS được tổng quát hoá để nhãn có thể được mã hoá như thời gian, bước sóng, hoặc bộ nhận dạng không gian. GMPLS bao quát rất rộng và bài toán RWA chỉ là một nền tảng tương đối nhỏ của nền tảng GMPLS. Điều quan trọng là bài toán RWA phải được đưa ra với các kiến nghị khác nhau của IETF cho GMPLS. Tuy nhiên, nền tảng GMPLS là tương đối mới và những thực thi rất mới của nó đã được thực hiện. Cần có một nghiên cứu trong việc mô hình hoá các bài toán thiết lập luồng quang (Giải thuật RWA tương ứng) trong một mạng dựa trên GMPLS để đánh giá hiệu năng của các giải pháp được tán thành bởi các dự thảo và các tiêu chuẩn của IETF. Đặc biệt nó là điều quan trọng đầu tiên để đánh giá hiệu năng của một số bài toán RWA khi xây dựng với các giải thuật định tuyến trạng thái liên kết trong mạng ION dựa trên GMPLS. CHƯƠNG 4: XÂY DỰNG MÔ HÌNH BÀI TOÁN ĐỊNH TUYẾN VÀ GÁN BƯỚC SÓNG TRONG MẠNG QUANG SỬ DỤNG KỸ THUẬT GMPLS 4.1. TỔNG QUAN VỀ OMNET ++ 4.1.1 GIỚI THIỆU CHUNG OMNeT++ là viết tắt của cụm từ Objective Modular Network Testbed in C++. OMNeT++ là một ứng dụng cung cấp cho người sử dụng môi trường để tiến hành mô phỏng hoạt động của mạng. Mục đích chính của ứng dụng là mô phỏng hoạt độngmạng thông tin, tuy nhiên do tính phổ cập và linh hoạt của nó, OMNeT++ còn đượcsử dụng trong nhiều lĩnh vực khác như mô phỏng các hệ thống thông tin phức tạp, cácmạng kiểu hàng đợi (queueing networks) hay các kiến trúc phần cứng... OMNeT++ cung cấp sẵn các thành phần tương ứng với các mô hình thực tế. Các thành phần này (còn được gọi là các module) được lập trình theo ngôn ngữ C++, sau đó được tập hợp lại thành những thành phần hay những mô hình lớn hơn bằng một ngôn ngữ bậc cao (NED). OMNeT++ hỗ trợ giao diện đồ hoạ, tương ứng với các mô hình cấu trúc của nó đồng thời phần nhân mô phỏng (simulation kernel) và cácmodule của OMNeT++ cũng rất dễ dàng nhúng vào trong các ứng dụng khác. 4.1.2. CÁC THÀNH PHẦN CHÍNH CỦA OMNET++ • Thư viện phần nhân mô phỏng (simulation kernel) • Trình biên dịch cho ngôn ngữ mô tả hình trạng (topology description language)- NED (nedc) • Trình biên tập đồ hoạ (graphical network editor) cho các file NED (GNED) • Giao diện đồ hoạ thực hiện mô phỏng, các liên kết bên trong các file thực hiệnmô phỏng (Tkenv) • Giao diện dòng lệnh thực hiện mô phỏng (Cmdenv) • Công cụ (giao diện đồ hoạ) vẽ đồ thị kết quả vector ở đầu ra (Plove) • Công cụ (giao diện đồ hoạ) mô tả kết quả vô hướng ở đầu ra (Scalars) • Công cụ tài liệu hoá các mô hình • Các tiện ích khác • Các tài liệu hướng dẫn, các ví dụ mô phỏng 4.1.3. ỨNG DỤNG OMNeT++ là một công cụ mô phỏng các hoạt động mạng bằng các module được thiết kế hướng đối tượng. OMNeT++ thường được sử dụng trong các ứng dụng chủ yếu như: • Mô hình hoạt động của các mạng thông tin • Mô hình giao thức • Mô hình hoá các mạng kiểu hàng đợi • Mô hình hoá các hệ thống đa bộ vi xử lý (multiprocesser) hoặc các hệ thống phần cứng theo mô hình phân tán khác (distributed hardware systems) • Đánh giá kiến trúc phần cứng • Đánh giá hiệu quả hoạt động của các hệ thống phức tạp... 4.1.4. MÔ HÌNH TRONG OMNET++ Một mô hình trong OMNeT++ bao gồm các module lồng nhau có cấu trúc phân cấp.Độ sâu của của các module lồng nhau là không giới hạn, điều này cho phép người sửdụng có thể biểu diễn các cấu trúc logic của các hệ thống trong thực tế bằng các cấutrúc mô hình. Các module trao đổi thông tin với nhau thông qua việc gửi các message(message). Các message này có thể có cấu trúc phức tạp tuỳ ý. Các module có thể gửi các message này theo hai cách, một là gửi trực tiếp tới địa chỉ nhận, hai là gửi đi theomột đường dẫn được định sẵn, thông qua các cổng và các kết nối. Các module có thể có các tham số của riêng nó. Các tham số này có thể được sử dụngđể chỉnh sửa các thuộc tính của module và để biểu diễn cho topology của mô hình.Các module ở mức thấp nhất trong cấu trúc phân cấp đóng gói các thuộc tính. Các module này được coi là các module đơn giản, và chúng được lập trình trong ngôn ngữC++ bằng cách sử dụng các thư viện mô phỏng. 4.1.5. LẬP TRÌNH THUẬT TOÁN Các module đơn giản có thể chứa các thuật toán như các hàm của C++. Sự linh hoạtvà sức mạnh của C++, kết hợp với các thư viện mô phỏng của OMNeT++ tạo điềukiện dễ dàng cho người sử dụng. Các lập trình viên mô phỏng có thể chọn lựa việc mô tả theo sự kiện hay theo tiến trình, có thể dễ dàng sử dụng những khái niệm của lập trình hướng đối tượng (như đa hình, kế thừa) và thiết kế các mẫu thử (pattern) để mở rộng chức năng của quá trình mô phỏng. Các đối tượng mô phỏng (message, module, queue...) được thể hiện qua các lớp củaC++. Một số lớp cơ bản trong thư viện mô phỏng của OMNeT++: • Module, cổng, liên kết... • Các tham số • Message • Các lớp Container (mảng, hàng đợi...) • Các lớp Data Collection Các lớp này có thể được sử dụng như những công cụ cho phép người sử dụng có thểduyệt qua tất cả các đối tượng khi chạy thử mô hình đồng thời hiển thị thông tin vềchúng như tên của đối tượng, tên lớp, các biến trạng thái và nội dung bên trong. Đặcđiểm này cũng cho phép tạo ra các mô hình mô phỏng có giao diện đồ hoạ (GUI) vớiphần cấu trúc bên trong được che đi. 4.1.6. SỬ DỤNG OMNET++ A. Xây dựng và chạy thử các mô hình mô phỏng Một mô hình OMNeT++ bao gồm những phần sau: • Ngôn ngữ mô tả topology - NED (file có phần mở rộng.ned): mô tả cấu trúccủa module với các tham số, các cổng... Các file.ned có thể được viết bằng bấtkỳ bộ soạn thảo hoặc sử dụng chương trình GNED có trong OMNeT++. • Định nghĩa cấu trúc của các message (các file có phần mở rộng.msg): Ngườisử dụng có thể định nghĩa rất nhiều kiểu messsage và thêm các trường dữ liệu cho chúng. OMNeT++ sẽ dịch những định nghĩa này sang các lớp C++ đầy đủ. • Mã nguồn của các module đơn giản. Đây là các file C++ với phần mở rộng là.h hoặc.cc. Hệ thống mô phỏng cung cấp cho ta các thành phần sau: • Phần nhân mô phỏng. Phần này chứa code để quản lý quá trình mô phỏng vàcác thư viện lớp mô phỏng. Nó được viết bằng C++, được biên dịch và được đặt cùng dạng với các file thư viện (các file có phần mở rộng là.a hoặc.lib). • Giao diện người sử dụng. Giao diện này được sử dụng khi thực hiện quá trình mô phỏng, tạo sự dễ dàng cho quá trình sửa lỗi, biểu diễn (demonstration)hoặc khi thực hiện mô phỏng theo từng khối (batch execution of simulations).Có một vài kiểu giao diện trong OMNeT++, tất cả đều được viết bằng C++,được biên dịch và đặt cùng nhau trong các thư viện (các file có phần mở rộnglà.a hoặc.lib). Thực hiện mô phỏng và phân tích kết quả Các chương trình thực hiện mô phỏng (the simulation executable) là các chương trình độc lập, tức là nó có thể chạy trên các máy khác không cài đặt OMNeT++ hay các file mô hình tương ứng. Khi chương trình khởi động, nó bắt đầu đọc file cấu hình (thông thường là file omnetpp.ini). File này chứa các thiết lập để điều khiển quá trình mô phỏng thực hiện, các biến cho các tham số của mô hình... File cấu hình cũng có thểđược sử dụng để điều khiển nhiều quá trình mô phỏng, trong trường hợp đơn giảnnhất là các quá trình mô phỏng này sẽ được thực hiện lần lượt bởi một chương trìnhmô phỏng (simulation program). Đầu ra của quá trình mô phỏng là các file dữ liệu. Các file này có thể là các file vector,các file vô hướng hoặc các file của người sử dụng. OMNeT++ cung cấp một công cụ đồ hoạ Plove để xem và vẽ ra nội dung của các file vector. Tuy nhiên chúng ta cũngnên hiểu rằng khó mà có thể xử lý đầy đủ các file kết quả mà chỉ dùng riêng OMNeT++; các file này đều là các file có định dạng để có thể đọc được bởi các góixử lý toán học của các chương trình như Matlab hay Octave, hoặc có thể được đưa vào bảng tính của các chương trình như OpenOffice Calc, Gnumeric hay Microsoft Excel. Tẩt cả các chương trình này đều có chức năng chuyên dụng trong việc phân tích số hoá, vẽ biểu diễn (visualization) vượt qua khả năng của OMNeT++. Các file vô hướng cũng có thể được biểu diễn bằng công cụ Scalar. Nó có thể vẽ được các biểu đồ, các đồ thị dựa vào tập hợp các toạ độ (x, y) và có thể xuất dữ liệu vào clipboard để có thể sử dụng trong các chương trình khác nhằm đưa những phân tích chi tiết hơn. Giao diện người sử dụng Mục đích chính của giao diện người sử dụng là che những phần phức tạp bên trong cấu trúc của các mô hình đối với người sử dụng, dễ dàng điều khiển quá trình mô phỏng, và cho phép người sử dụng có khả năng thay đổi các biến hay các đối tượng bên trong của mô hình. Điều này là rất quan trọng đối với pha phát triển và sửa lỗi trong dự án. Giao diện đồ hoạ cũng có thể được sử dụng để trình diễn hoạt động của mô hình. Cùng một mô hình người sử dụng có thể trên nhiều giao diện khác nhau mà không cần phải thay đổi gì trong các file mô hình. Người sử dụng có thể kiểm thử và sửa lỗi rất dễ dàng qua giao diện đồ hoạ, cuối cùng có thể chạy nó dựa trên một giao diện đơn giản và nhanh chóng có hỗ trợ thực hiện theo khối (batch execution). Các thư viện thành phần Các kiểu module có thể được lưu tại những vị trí độc lập với chỗ mà chúng thực sự được sử dụng. Đặc điểm này cung cấp cho người sử dụng khả nhóm các kiểu module lại với nhau và tạo ra các thư viện thành phần. Các chương trình mô phỏng độc lập Các chương trình thực hiện quá trình mô phỏng có thể được lưu nhiều lần, không phụ thuộc vào các mô hình, sử dụng cùng một thiết lập cho các module đơn giản. Người sử dụng có thể chỉ ra trong file cấu hình mô hình nào sẽ được chạy. Điều này tạo khả năng cho người sử dụng có thể xây dựng những chương trình thực hiện lớn bao gồm nhiều quá trình mô phỏng, và phân phối nó như một công cụ mô phỏng độc lập. Khả năng linh hoạt của ngôn ngữ mô tả topology cũng hỗ trợ cho hướng tiếp cận này. 4.1.7. Hệ thống file Sau khi cài đặt OMNet++, thư mục omnetpp trên hệ thống máy của bạn nên chứa các thư mục con dưới đây. Hệ thống mô phỏng: omnetpp/ thư mục gốc của OMNeT++ bin/ các công cụ trong OMNeT++ (GNED, nedtool...) include/ các file header cho mô hình mô phỏng lib/ các file thư viện bitmaps/ các biểu tượng đồ hoạ doc/ các file hướng dẫn, readme... manual/ file hướng dẫn dạng HTML tictoc-tutorial/ giới thiệu sử dụng OMNeT++ api/ API tham chiếu dạng HTML nedxml-api/ API tham chiếu cho thư viện NEDXML src/ mã nguồn của tài liệu src/ mã nguồn của OMNeT++ nedc/ nedtool, trình biên dịch message sim/ phần nhân mô phỏng parsim/ các file dành cho việc thực hiện phân tán netbuilder/ các file dành cho việc đọc động các file NED envir/ mã nguồn cho giao diện người sử dụng cmdenv/ giao diện người dùng dòng lệnh tkenv/ giao diện người sử dụng dựa trên Tcl/tk gned/ công cụ soạn thảo file NED plove/ công cụ vẽ và phân tích đầu ra dạng vector scalars/ công cụ vẽ và phân tích đầu ra dạng vô hướng nedxml/ thư viện NEDXML utils/ các tiện ích khác... test/ bộ kiểm thử lùi core/ bộ kiểm thử lùi cho thư viện mô phỏng distrib/ bộ kiểm thử lùi ... Các quá trình mô phỏng mẫu được chứa trong thư mục samples samples/ thư mục chứa các mô hình mô phỏng mẫu aloha/ mô hình của giao thức Aloha cqn/ Closed Queue Network ... Thư mục contrib chứa các chương trình có thể kết hợp với OMNeT++ contrib/ octave/ script của Octave dùng để xử lý kết quả emacs/ bộ đánh dấu cú pháp NED cho Emacs Ngoài ra bạn cũng có thể tìm thấy các thư mục khác như msvc/, chứa các thành phần tích hợp cho Microsoft Visual C++... 4.2. PHƯƠNG PHÁP THỰC LUẬN NGHIỆM Phần này luận văn sẽ trình bày các giả thuyết được đặt ra cho bài toán mô phỏng. 4.2.1.CÁC GIẢ THUYẾT Định nghĩa bài toán Cho tập các luồng quang được lựa chọn ngẫu nhiên động cần được thiết lập trong mạng ION và cho ràng buộc với tổng số bước sóng trong sợi quang. Bài toán RWA phải xác định các tuyến mà các luồng quang này sẽ được thiết lập qua và xác định các bước sóng sẽ được gán cho các luồng quang này để số luồng quang tối đa có thể được thiết lập. Mặc dù các tuyến ngắn nhất có thể ưa chuộng nhất nhưng có thể không được lựa chọn để cho phép nhiều luồng quang hơn được thiết lập. Các luồng quang mà không thể được thiết lập do các ràng buộc trên các tuyến và các bước sóng được xem là bị tắc nghẽn, do vậy vấn đề tối ưu mạng tương ứng là tối đa khả năng thiết lập cho yêu cầu hiện tại trong khi tối thiểu xác xuất tắc nghẽn cho các yêu cầu kết nối tương lai. Xem xét thời gian thiết lập yêu cầu Khi bảng đinh tuyến sẵn sàng thì thời gian thiết lập yêu cầu là thời gian được thực hiện bởi quá trình đặt trước. Nếu bài toán đặt trước theo chặng được lựa chọn thì thời gian thiết lập tỷ lệ với số nút và số tuyến liên kết mà bản tin đặt trước sẽ bắt gặp. Giải thuật định tuyến sẽ phải từ bỏ chọn các tuyến ngắn nhất và sẽ thông báo các tuyến không phải là ngắn nhất nhưng cho hiệu suất sử dụng bước sóng tốt nhất trong mạng. Nếu quá trình xử lý ở mỗi nút là quan trọng thì thời gian thiết lập sẽ tăng lên. Tuy nhiên, RWA được thực thi sẽ không xem xét thời gian thiết lập như một tham số thực thi. Bởi vì bài toán thiết lập luồng quang không được xem xét toàn bộ. Hơn nữa, chưa có ý tưởng chung chấp nhận kiến trúc mặt phẳng điều khiển cho các mạng toàn quang. Tất cả các loại báo hiệu có thể thực hiện là báo hiệu trong giải, báo hiệu ngoài dải hoặc báo hiệu kênh chung. Ví dụ như, báo hiệu ngoài dải sẽ dấn đến sử dụng một bước sóng cho báo hiệu của toàn mạng. Khả năng này là rất hay bởi vì nó cho phép mang một cách an toàn số lượng lớn bản tin quảng bá tuyến có thể mà được phân phát bởi giao thức định tuyến và cả các bản tin đặt trước. C. Yêu cầu đến Trong phần này, chỉ xét bài toán DLE. Bài toán DLE phức tạp hơn bài toán SLE. Tuy nhiên, nếu giả thiết rằng MPLS được sử dụng với lớp cao hơn thì có thể coi tốc độ của đường đến có phần tương đối thấp. Nghĩa là các phương pháp ngăn xếp nhãn MPLS cho phép các yêu cầu đến từ một hệ thống đầu cuối dựa trên MPLS được bó vào cùng ngăn xếp nhãn để tối thiểu tải trọng gây ra bởi các yêu cầu luồng quang động. Ví dụ như, ATM là sử dụng một ngăn xếp nhãn mức 2 (VPI / VCI) để đơn giản hoá kiến trúc mạng. Tuy vậy trong vấn đề này thì MPLS và theo đó GMPLS mạnh hơn ATM nhiều bởi vì nó cho phép ngăn xếp nhãn ở mức vô cùng. D.Xem xét kiến trúc của mạng quang thông minh Ion Bài toán RWA sẽ được kiểm tra trên một mạng mắt lưới. Đây là trường hợp trong các mạng toàn quang ở đó có thể có một số tuyến dư thừa giữa mỗi nút của mạng Mỗi nút bao gồm một OXC được điều khiển bởi một bộ điều khiển GMPLS bằng việc sử dụng các dịch vụ của bộ định tuyến IP. Thông thường các nhiện vụ khác nhau của bộ điều khiển có thể là quản lý tài nguyên quang cấu hình và quản lý dung lượng, địa chỉ, định tuyến, khám phá cấu hình mạng, kỹ thuật lưu lượng và khôi phục. Giả thiết rằng bộ điều khiển GMPLS thực hiện chức năng hoàn toàn như bộ điều khiển cho lớp quang và mang lưu lượng dữ liệu không phải IP. Các bộ điều khiển điện thông tin với nhau qua mạng điều khiển ngoài dải hoặc trong dải. Giả thiết rằng tồn tại giao thức truyền tải tin cậy trong mạng điều khiển để đảm bảo bản tin giữa các bộ điều khiển được phân phát một cách tin cậy và liên tục Mô hình sẽ được kiểm tra trên mạng mô phỏng là mạng mắt lưới. Mạng mô phỏng này dựa trên mạng Abilene. Đây là một mạng đường trục cao cấp hỗ trợ phát triển sử dụng các ứng dụng mới đang được phát triển với cộng đồng internet 2 ở MỸ Hình 4.1: Mạng mô phỏng Trong mạng trên bậc của mỗi nút là giữa 1 và 4 với bậc trung bình là 3. Tổng số các nút độ lớn của V là 12. Các điều kiện ràng buộc vật lý Các tham số không phải là ràng buộc dựa trên bước sóng không được đưa vào tính toán. E.1. Ràng buộc bước sóng liên tục. Bởi vì việc chuyển đổi bước sóng toàn quang là một công nghệ tốn kếm và vẫn chưa chin muồi nên giả thiết rằng khong OXCs nào có khả năng chuyển đổi bước sóng. Do đó tiếp theo giải pháp sẽ phải đề cập đến điều kiện ràng buộc bước sóng liên tục WCC WCC là ràng buộc duy nhất mà không tìm thấy trong mạng chuyển mạch điện thoại thông thường. Do đó, rất có thể giải thuật liên quan tới WCC sẽ chịu xác suất tắc nghẽn cao hơn ví dụ trong hình dứơi đây, hai luồng quang đã được thiết lập trong mạng: (1) giữa nút 1 và nut 2 bằng lambda1 và (2) giữa nút 2 và nút 3 bằng lambda2. Bây giờ giả sử rằng luồng quang phải được thiết lập giữa nút 1 và nút 3 điều này là không thể và sẽ dẫn đến tắc nghẽn cho luồng quang thiết lập bởi vì hai bước sóng có thể sử dụng cuối cùng (lambda 2 giữa nút 1 và nút 2 và lambda 1 giữa nút 2 và nút 3 là khác nhau) Hình 4.2: Tắc nghẽn do ràng buộc liên tục bước sóng Giải thuật thiết lập đường đầu cuối - đầu cuối giữa nút lối vào A nào đó và nút lối ra B nào đó trong mạng toàn quang phải động. Đầu tiên, không xem xét khía cạnh TE, mục đích chính là để tối thiểu tắc nghẽn trong mạng. Có nghĩa là đường tối ưu sẽ không phải là đường tối ưu của giao thức định tuyến trong miền IGP. Để có được kết quả như vậy, các thước đo khác nhau của các tuyến liên kết phải được thay đổi theo mục đích này. Các thước đo khác nhau cho các giải thuật định tuyến động phải được kiểm tra. E.2. Số bước sóng cho mỗi tuyến liên kết Xét tuyến liên kết giữa hai nút ngay cạnh nhau. Mỗi tuyến liên kết có thể được tạo nên từ vài sợi quang, bản thân mỗi sợi bao gồm vài bước sóng WDM. Trong hình 4.3, tuyến liên kết bao gồm 3 sợi, mỗi sợi chứa một số bước sóng xác định. Gọi là số bước sóng i trong sợi quang j. Hình 4.3: Giả thiết về trung kế sợi quang Giả thiết dải bước sóng hoạt động là dải 1,550 nm, thường được gọi là dải thông thường hoặc dải C bởi tổ chức tiêu chuẩn quốc tế ITU-T. Dải các bước sóng trong dải C là 1,530 nm tới 1,565 nm. Mỗi bước sóng được gán một bước sóng phát xạ cụ thể được xác định bởi ITU-T. Giả thiết có tối đa 44 bước sóng trên một sợi quang. Bước sóng được đặt như sau : = 1,530 nm tới 1,565 nm, với j là số sợi quang được sử dụng. Tóm lại, các bước sóng dựa trên vật lý sau đây được xét: = Bước sóng i trong sợi j i (1, 44) = 1,5330,33 nm; = 1,564.68 nm Dải C Về mặt thuật toán thì bài toán RWA đa sợi tương đương với mạng quang dựa trên sợi quang đơn. Do vậy, tiếp theo danh sách bước sóng được yêu cầu chỉ với một sợi quang được xem xét. Hơn nữa, trên thực tế không thể xảy ra 44 bước sóng của dải C sẽ hoàn toàn được sử dụng để phát đi. Thông thường thì chỉ có một số bước sóng được phát đi; điều này phụ thuộc vào nhà thiết kế mạng quang. Nói chung, mật độ khe thời gian WDM được giới hạn với bội của 8 bước sóng, tới 32 hoặc 40. 4.2.2. XÂY DỰNG HÀM MỤC TIÊU Giải thuật RWA sẽ sử dụng lại các giải thuật thông thường đã phổ biến và có thể sử dụng. Nó càng đơn giản thực hiện càng tốt. Điều này giảm thiểu bài toán tính toán có thể xảy ra. Giải thuật RWA phải có khả năng xác định tối đa các tuyến rõ ràng trong mạng ION để thoả mãn các yêu cầu động. Mục tiêu là tối thiểu tắc nghẽn các luồng quang yêu cầu trong mạng trong khi liên quan tới điều kiện ràng buộc bước sóng liên tục WCC. Giải thuật RWA sẽ chia thành các cơ cấu đặt trước, gán bước sóng và định tuyến. Mặt khác chủ yếu tập trung vào nghiên cứu tuyến rõ ràng trong mạng đáp ứng các ràng buộc vật lý trong mạng ION. Giải thuật RWA sẽ xác định tuyến lối ra rõ ràng trong mạng ION. Tuyến rõ ràng này sẽ xác định mỗi nút được truyền qua bởi luồng quang. Ngoài ra, giải thuật gán bước sóng cho phép xác định bước sóng thoả mãn WCC sẽ phải được đặt trước trên luồng quang. Tuyến rõ ràng và bước sóng sau đó sẽ được xử lý như lối vào của giao thức đặt trước để thiết lập mạch trong mạng. Phần mềm được viết phải có xu hướng sử dụng lại. Điều này đặc biệt quan trọng, bởi vì bài toán RWA có thể sẽ trở nên phức tạp hơn khi có thêm các ràng buộc vật lý mới. 4.2.3. MÔ TẢ BÀI TOÁN RWA Công việc đặt ra là phát triển một mô hình mạng Ion dựa trên GMPLS với định tuyến trạng thái liên kết bằng việc sử dụng tin tức mạng tổng thể. Lựa chọn này được giải thích như sau. Giải thuật định tuyến. Có ba loại bài toán định tuyến chính là định tuyến cố định, định tuyến thay thế cố định và định tuyến động. Nguyên lý định tuyến cố định và thay thế cố định là rất đơn giản. Tuy nhiên, chúng có khả năng khiêm tốn khi giải quyết các khả năng tự sửa chữa và có thể cho xác xuất tắc nghẽn rất cao khi xem xét DLE Do vậy, định tuyến động sẽ được xem xét. Bất lợi chính của định tuyến động là tổng chi phí có thể cao do việc quảng bá các tuyến. Hơn nữa, các giải thuật định tuyến động có thể chiếm nhiều CPU khi xem xét một số ràng buộc. Tuy nhiên, việc lựa chọn giải thuật luôn là bước ngoặt giữa hiệu năng và tổng chi phí lưu lưọng. Các đối tượng nghiên cứu trước đó được miêu tả trong luận văn này mà định tuyến động được xem như là cách tốt nhất để giải quyết bài toán RWA. Trong phương pháp đầu tiên, cả hai bài toán định tuyến thích nghi là định tuyến trạng thái liên kết và định tuyến véc tơ khoảng cách đã được đề cập. Trái với giải thuật định tuyến dựa trên trạng thái liên kết làm tràn các gói lên mạng thì giải thuật véc tơ khoảng cách gửi các bản tin quảng bá tuyến của chúng chỉ tới những bộ định tuyến lân cận của nó. Giải thuật véc tơ khoảng cách có thể tối thiểu tổng chi phí lưu lượng trong toàn mạng trong khi vẫn đảm bảo xác xuất tắc nghẽn tương đối thấp với tải trọng cao. Giải thuật véc tơ khoảng cách cũng rất hay khi xem xét định tuyến ràng buộc. Nó là tính chất của giải thuật Bellman – Ford mà ở phép lặp thứ h của nó, nó xác định đường tối ưu (số bước sóng tối đa) giữa nguồn và mỗi đích, giữa các đường của nhiều nhất h chặng. Điều này được khuyến nghị cho thực hiện định tuyến theo chất lượng dịch vụ QoS. Bởi vì giải thuật Bellman – Ford tiến hành bằng việc tăng chặng trung gian nên nó cần cung cấp cho chặng trung gian rỗi của đường đi như tiêu chuẩn tối ưu thứ hai. Tính chất này rất hay khi áp dụng cho mạng toàn quang. Thậm chí đường ngắn nhất sẽ được thoả mãn cho tuyến dài hơn trong các chặng, luồng quang không nên quá dài bởi vì điều này có thể dẫn đến thông tin quang kém hiệu quả và đắt tiền. Giao thức báo hiệu IP thời gian thực RIP là thực hiện hay duy nhất của giao thức dựa trên véc tơ khoảng cách. Nó tiếp tục phát triển do nó đơn giản và phù hợp cho các mạng nhỏ. Tuy nhiên, Rip có một số thiếu sót làm cho nó đặc biệt không phù hợp với mạng ION. Đặc biệt, RIP không phù hợp cho các cầu hình lớn và nhiều vấn đề khác nữa. Biện pháp khắc phục tốt nhất là thực hiện các giải thuật trạng thái liên kết. Trong phạm vi mạng ION, để tính một tuyến rõ ràng thì sử dụng giải thuật đinh tuyến dựa trên mạng liên kết cũng dễ dàng hơn nhiều. Thực vậy, luồng quang được thiết lập sẽ tối ưu hơn nếu mỗi nút có thông tin đầy đủ về mạng. Nó cũng là một đặc tính của giải thuật Dijkstra để tìm tuyến rõ ràng trong mạng ION trong khi tối thiểu xác xuất tắc nghẽn các yêu cầu trong mạng ION. Trong định tuyến trạng thái liên kết, thông tin chỉ được gửi khi xảy ra những thay đổi. Nút xây dựng nên hình dạng cấu hình mạng đầu tiên. Sau đó nó có thể sử dụng bất kỳ giải thuật định tuyến nào để xác định tuyến. Ngược lại, phương pháp véc tơ khoảng cách cần sử dụng giải thuật phân tán như là giải thuật Bellman – Ford. Thực tế các giải thuật trạng thái liên kết có thể sử dụng giải thuật định tuyến nào đó là đặc biệt quan trọng. Giải thuật định tuyến nâng cao hơn nào đó có thể được bổ sung cho giải thuật RWA một cách an toàn mà không trải qua những thay đổi lớn. Điều này đặc biệt quan trọng cho sử dụng phần mềm. Ví dụ như, các giải thuật RWA khác nhau có thể được thực thi, dựa trên các bài toán tối ưu khác nhau (tin tức tổng thể hoặc từng phần). Giao thức OSPF phiên bản 2 là giao thức trạng thái liên kết được phổ biến rộng rãi nhất. Nó ngày càng được phổ biến hơn so với RIP, bởi vì nó phù hợp nhất cho các mạng lớn. OSPF là giải thuật nguồn mở có thể được tìm thấy với các ngôn ngữ khác nhau, bao gồm C++. Đây là thuận lợi lớn cho sử dụng lại phần mềm. Bởi vì chương trình mô phỏng (OMNET ++) được sử dụng dựa trên C++. Phần trước giải thích tại sao giải thuật trạng thái liên kết được lựa chọn. Nó được lựa chọn, bởi vì tiêu chuẩn GMPLS đã chấp nhận nó mà chỉ các giải thuật trạng thái liên kết sẽ được sử dụng. Đó là tại sao chỉ những mở rộng cho OSPF hoặc IS-IS được đưa ra trong các dự thảo MPLS. B. Mô tả bài toán định tuyến B.1.1 Quảng bá tuyến Bản tin quảng bá tuyến được xây dựng theo OSPF mở rộng cho GMPLS. Mục đích là mở rộng giá trị chiều dài tuyến TLV (Type Length Value) liên quan đến trường ISCD (bộ mô tả khả năng chuyển mạch giao diện) của GMPLS OSPF mở rộng. Thực tế các bản tin ROUTING đó được làm tràn trên toàn bộ mạng bởi nút thay đổi các khả năng liên kết của nó. Về cơ bản chúng chứa địa chỉ của các đầu liên kết mà khả năng bước sóng của nó đã thay đổi và trạng thái của bước sóng đã thay đổi. Cơ sở dữ liệu liên kết bao gồm các bản ghi, ở đó mỗi bản ghi miêu tả một tuyến liên kết của mạng. Mỗi bản ghi chứa các địa chỉ của các tuyến liên kết nút, trường khả năng bước sóng và trường thước đo. Trường thước đo là chi phí sử dụng tuyến liên kết này khi thực hiện tính toán đường ngắn nhất. Trong luận văn này hai thước đo khác nhau sẽ được thực hiện. Chúng là hai hàm của tổng số bước sóng và số bước sóng có thể sử dụng trên tuyến liên kết. B.2. Thước đo liên kết Thước đo liên kết thể hiện chi phí sử dụng tuyến liên kết nào đó trong mạng. Chi phí liên kết là hàm tổng số bước sóng và số các bước sóng có thể sử dụng. Bước sóng có thể sử dụng càng nhiều chi phí liên kết sẽ thấp hơn. Bài toán định tuyến được kiểm tra với các thước đo khác nhau: TWA (tổng số bước sóng và bước sóng có thể sử dụng) trên tuyến liên kết (i,j) và là tổng số bước sóng có thể trên tuyến liên kết đó. Thước đo TWA đơn giản thể hiện tải được gán cho tuyến liên kết và được xác định bởi: W = 1 - (i, j) E Thước đo TWA nâng cao để kiểm tra thước đo mà tối thiểu xác suất tắc nghẽn trên tuyến rõ ràng: W = - log (i, j) E So sánh các hàm trọng khác nhau cho = 32 đ ược thể hiển trên đồ thị: Hình 4.4: Các thước đo liên kết cho sợi 32 bước sóng B.3. Tính toán đường đi Cơ sở dữ liệu liên kết được cập nhật mới bởi bộ định tuyến GMPLS đáp ứng cơ sở tính toán dò đường dựa trên giải thuật Dijkstra. Tính toán đường này được thực hiện bởi mỗi nút trong mạng khi nó nhận bản tin ROUTING, đó là cập nhật khả năng liên kết nào đó trong mạng. Giải thuật định tuyến thường cho phép mỗi nút xây dựng cơ sở dữ liệu của mình. Cơ sở dữ liệu chứa N bản ghi, ở đó N là số nút của mạng. Mỗi bản ghi được dựa trên cấu trúc sau: + Địa chỉ nút đích: Xác định bản ghi; nó là nút để tiến tới. + Chi phí tổng cộng cho nút đích này: Đây là chi phí tổng cộng khi thực hiện tuyến ngắn nhất tới nút đích. + Khả năng bước sóng có thể sử dụng đầu cuối - đầu cuối: Trường này xác định rõ ràng các bước sóng có thể được gán nếu có trên tuyến ngắn nhất. + Tuyến rõ ràng: Đây là danh sách liệt kê tất cả các địa chỉ của các nút được yêu cầu trên tuyến ngắn nhất. Với cơ sở dữ liệu liên kết ngắn nhất thì ba trường đầu tiên thực tế là đầu ra trực tiếp của giải thuật đường ngắn nhất. Hai trường cuối cùng là kết quả của một thủ tục nhỏ của giải thuật Dijkstra. Thực vậy, nó là tính chất của giải thuật Dijkstra mà có thể tìm danh sách các nút của mỗi đường ngắn nhất bằng phép gọi đệ quy đơn giản. B.4. Gán bước sóng Có một số lớn bài toán gán bước sóng có thể thực hiện được. Các bài toán khả dĩ được kiểm tra trong luận văn này là gán bước sóng theo thứ tự bước sóng và ngẫu nhiên. Gán theo thứ tự bước sóng chọn bước sóng có thể sử dụng đầu tiên trong danh sách các bước sóng yêu cầu. Gán theo ngẫu nhiên lựa chọn bước sóng một cách ngẫu nhiên giữa các bước sóng có thể sử dụng khác nhau. Hai bài toán đó được sử dụng trực tiếp ở lối ra của giải thuật tính toán đường để xác định bước sóng được đặt trước trên đường tới mỗi đích trong mạng từ nút nguồn. B.5. Bài toán đặt trước. Giao thức đặt trước dựa trên đặt trước song song (đồng thời) đã thực hiện để kiểm tra các bài toán định tuyến và gán bước sóng đã thực hiện. Việc đặt trước được đơn giản hoá bởi vì nó không xem xét các gói có thể bị mất, không cho phép xem xét bất kỳ cơ cấu truyền lại nào. Hơn nữa, nó được giả thiết rằng dịch vụ của giao thức định tuyến (như OSPF) từ chặng tới chặng giữa các bộ định tuyến khác nhau được cung cấp. Bài toán đặt trước sử dụng các loại gói sau: REQUEST, RESERVE, RESPONE, TAKEDOWN. Quá trình trao đổi bản tin cho đặt trước như sau: + Bộ phát của hệ thống đầu cuối nút phát bản tin REQUEST (yêu cầu) cho kết nối mới tới nút khác được lựa chọn ngẫu nhiên trong mạng ION. Nó truyền yêu cầu này tới bộ định tuyến GMPLS liên kết của nó. Nhờ cơ sở dữ liệu quang của nó được xây dựng bởi giải thuật định tuyến bước sóng mà mô đun bộ định tuyến GMPLS có thể xác định nếu (1) tuyến rõ ràng có thể sử dụng tới đích được yêu cầu; (2) với tuyến rõ ràng này, chọn bước sóng với tối đa khả năng không tắc nghẽn. + Nếu tuyến rõ ràng và bước sóng có thể sử dụng cho đích thì router GMPLS đặt trước đồng thời tuyến và bước sóng được gán cho kết nối đó. Đó là, nó gửi đồng thời bản tin RESERVE (đặt trước) tới mỗi nút của tuyến rõ ràng đã chấp nhận nó. + Khi nút trên tuyến rõ ràng nhận bản tin RESERVE thì nó kiểm tra liệu bước sóng của nó có thể sử dụng trên tuyến liên kết đang liên kết nút được xem xét với việc làm trước trong tuyến rõ ràng hay không. Sau đó nó gửi bản tin RESPONE trở lại mô đun con router GMPLS đã gửi bản tin RESRVE. Sơ đồ của quá trình đặt trước minh hoạ các bản tin REQUEST, RESERVE, và RESPONE được cho trong hình 4.5. Hệ thống đầu cuối gắn vào nút S gửi bản tin REQUEST tới bộ định tuyến GMPLS (1). Sau đó đồng thời 3 bản tin RESERVE tới nút 1, 2 và D (2). Cuối cùng, mỗi nút trả lời một cách độc lập tới nút S (3) Hình 4.5: Cơ cấu đặt trước sóng sóng – các bản tin Request, Resrve, Respone Trong trường hợp bước sóng được đặt trước không thể được sử dụng trong một hoặc vài nút của tuyến rõ ràng thì mô đun bộ định tuyến GMPLS gửi bản tin TAKEDOWN tới tất cả các nút của tuyến rõ ràng để khuyến cáo chúng thiết lập lại khi bước sóng có thể sử dụng được đặt trước Sơ đồ quá trình đặt trước minh hoạ bản tin TAKEDOWN được cho trên hình 4.6. Nút 2 kiểm tra các bước sóng có thể sử dụng của nó trên tuyến liên kết 1-2; bước sóng được yêu cầu bởi S không có khả năng sử dụng. Sau đó nó khuyến cáo S bằng việc gửi bản tin RESPONE từ chối đặt trước bước sóng (3). Ngay lập tức, S gửi trở lại các nút khác của tuyến rõ ràng bản tin TAKEDOWN (4) mà thiết lập lại bước sóng được yêu cầu có thể sử dụng. Hình 4.6: Minh hoạ sử dụng bản tin Take Down 4.3. XÂY DỰNG MÔ HÌNH Mô hình được thực hiện bằng việc sử dụng phần mềm mô phỏng OMNET++. Nó đang dần trở nên phổ biến trong lĩnh vực khoa học thông tin và cạnh tranh tốt trong những lĩnh vực này với các công cụ thương mại có uy tín như OPNET. Nó đang được sử dụng ở một số trường đại học cho việc nghiên cứu các mạng truyền thông. Có một số lý do để sử dụng OMNET ++. Đầu tiên, đây là phần mềm miễn phí. Hiện nay nó ngày càng được nhiều người sử dụng như công cụ mô phỏng cho các công việc khác nhau, bao gồm các giao thức định tuyến. OMNET ++ cũng cho phép sử dụng lại những thực thi trước đó hiệu quả bởi vì nó sử dụng C++, một ngôn ngữ hướng đối tượng cho các mô đun đơn giản. 4.3.1. ĐƯỜNG LỐI THỰC THI Mô hình mạng. Mô hình mạng ION bao gồm các mô đun đơn giản như bộ định tuyến GMPLS và các mô đun đa hợp Endsystem. Mô đun GmplsRouter chứa tất cả các giải thuật RWA và giải thuật đặt trước, trong khi mô đun EndSystem chịu trách nhiệm tạo và phân tích đáp ứng cho các bản tin yêu cầu kết nối. Mô đun con EndSystem bao gồm mô đun phát đơn giản và mô đun thu đơn giản. Nhiệm vụ của mô đun phát là phát một số yêu cầu kết nối tới các nút đích được lựa chọn một cách ngẫu nhiên trong mạng ION. Mô đun bộ thu nhận các đáp ứng cho mỗi yêu cầu kết nối được phát đi bởi mô đun phát giống hệt của nó. Nguyên lý nhiệm vụ mô đun thu là phân tích các đáp ứng và xây dựng bảng thống kê. Đáng chú ý là mô đun đa hợp Endsystem mô tả thực tế một hệ thống đầu cuối trong mạng ION. Mô đun Endsystem thể hiện cho một hoặc vài hệ thống đầu cuối như các chuyển mạch hoặc các bộ định tuyến. Ví dụ như, rất có thể các hệ thống mô đun như vậy sẽ là chuyển mạch ATM hoặc các bộ định tuyến IP với phần mềm dựa trên MPLS. Một lĩnh vực nghiên cứu hiện nay là tiêu chuẩn hoá giao diện vật lý giữa các khách hàng (các hệ thống đầu cuối) và mạng truyền tải (mạng ION). Giao diện này được thiết kế như giao diện UNI. Mỗi mô đun GMPLS chỉ được liên kết với một mô đun EndSystem. Các mô đun đó có địa chỉ giống nhau. Mô hình đơn giản như sau: Hình 4.7: Các mô đun đa hợp Endsystem và Gmpls khác Mô hình mạng dựa trên mạng mắt lưới giống như mạng Abiene ở Mỹ. Nó gồm 12 mô đun GmplsRouter được phân tán ở các GigaPop khác nhau; mỗi mô đun GmplsRouter được liên kết với mô đun Endsystem của nó. B. Các tham số hệ thống. Lưu lượng mạng được phát đi dưới dạng các yêu cầu kết nối. Yêu cầu kết nối là yêu cầu thiết lập luồng quang từ nút nguồn tới nút đích được lựa chọn một cách ngẫu nhiên. Các yêu cầu kết nối đến mỗi bộ định tuyến giả sử là hàm phân phối mũ trung bình trên một đơn vị thời gian. Các tham số hệ thống được thay đổi là tổng số bước sóng trên mỗi tuyến liên kết và các yêu cầu kết nối đến. được thay đổi giữa 8, 16,24. Các tham số thực hiện được xem xét là xác suất tắc nghẽn P và tuyến liên kết sử dụng U. Gọi P là xác suất yêu cầu kết nối bị tắc nghẽn do các bước sóng không thể sử dụng luồng quang. Không thể đưa ra định nghĩa về mặt giải tích cho P. Trung bình tuyến liên kết sử dụng U được cho bởi phần trăm thời gian tất cả các bước sóng của mỗi tuyến liên kết trong mạng được sử dụng hoàn toàn. U= 4.4.KẾT QUẢ VÀ SO SÁNH Một trong những mục tiêu của luận văn này là đánh giá giải thuật RWA đã trình bày thực hiện liên quan tới nghẽn các yêu cầu trong mạng như thế nào. Bởi vì chuyển đổi bước sóng không được sử dụng nên ràng buộc bước sóng liên tục dẫn đến mức tắc nghẽn cao khi tải trọng tăng lên. Đầu tiên là so sánh các bài toán gán bước sóng. Tiếp đến là phân tích và đánh giá về tắc nghẽn trong mạng theo trung bình tuyến liên kết sử dụng. 4.4.1.SO SÁNH CÁC BÀI TOÁN GÁN BƯỚC SÓNG Gán bước sóng theo thứ tự bước sóng và ngẫu nhiên thực hiện bằng các cách rất giống nhau, hoặc khi tắc nghẽn đối với trung bình tuyến liên kết sử dụng hoặc đối với trung bình lưu lượng nút. Thực tế không có sự khác nhau về hiệu suất giữa hai bài toán. Dưới đây là các kết quả mô phỏng sử dụng bài toán gán bước sóng theo thứ tự bước sóng. 4.4.2.TẮC NGHẼN VÀ TRUNG BÌNH TUYẾN LIÊN KẾT SỬ DỤNG. Xác suất tắc nghẽn P là hàm của tuyến liên kết sử dụng U với tổng số bước sóng trong sợi quang. được thay đổi giữa 8, 16, 24 bởi một số bài toán khác nhau bao gồm thước đo TWA đơn giản, thước đo TWA nâng cao, gán bước sóng theo thứ tự bước sóng và ngẫu nhiên được kiểm tra. Các đồ thị biểu diễn tắc nghẽn đối với trung bình tuyến liên kết sử dụng với các giá trị khác nhau được cho trong hình 4.8. Đồ thị a), b), c) thể hiện tắc nghẽn đối với trung bình tuyến liên kết sử dụng tương ứng với = 8, = 16, = 24. Trong mỗi đồ thị, tắc nghẽn đối với trung bình tuyến liên kết sử dụng biểu thị cho hai thước đo là TAW đơn giản và TAW nâng cao. 4.4.3. NHẬN XÉT CHUNG VỀ TẮC NGHẼN TRONG MẠNG ION Các đồ thị trên thể hiện sự giống nhau một phần nào đó về đặc điểm tắc nghẽn trong mạng ION. Với tuyến liên kết sử dụng thấp, ít hơn một nửa số bước sóng được sử dụng thì xác suất tắc nghẽn là cực thấp (hầu hết là 0). Khi nhiều hơn một nửa bước sóng được sử dụng, trên trung bình các tuyến liên kết trong mạng thì tắc nghẽn tăng lên đột ngột và tiến tới 100 phần trăm tắc nghẽn khi 100 phần trăm trung bình tuyến liên kết sử dụng. Mức tắc nghẽn thấp là dưới 5 phần trăm. Tắc nghẽn cao hơn là lớn hơn hoặc bằng 5 phần trăm. Nếu ngưỡng này được sử dụng thì ta có những nhận xét: + Khi = 8: Ngưỡng tắc nghẽn thấp đạt được với TWA đơn giản với 33 phần trăm tuyến liên kết sử dụng trong khi TWA nâng cao là 42 phần trăm + Khi = 16: Ngưỡng tắc nghẽn thấp đạt được với TWA đơn giản với 47 phần trăm tuyến liên kết sử dụng trong khi TWA nâng cao là 47 phần trăm. + Khi = 24: Ngưỡng tắc nghẽn thấp đạt được với TWA đơn giản với 33 phần trăm tuyến liên kết sử dụng trong khi TWA nâng cao là 47 phần trăm. Theo kết quả thì bất kể thước đo nào được sử dụng thì dường như tắc nghẽn cao xuất hiện ở tuyến liên kết sử dụng cao hơn khi nhiều bước sóng hơn được sử dụng. Tuy nhiên khó xác định được trạng thái thực sự bởi vì chỉ có 3 bước sóng khác nhau được sử dụng. Tuy nhiên ngay cả với 24 bước sóng thì hiệu suất cũng hơi nghèo nàn. Thực vậy, tắc nghẽn tương đối cao xuất hiện nhanh ở tuyến liên kết sử dụng cao hơn khoảng 50 phần trăm. Hiệu suất nghèo nàn này hầu hết do giả thuyết đã đặt ra. Đặc biệt là không đưa vào sử dụng chuyển đổi bước sóng; ràng buộc bước sóng liên tục dẫn đến tắc nghẽn cao hơn ở tuyến liên kết sử dụng tương đối trung bình. 4.4.4 SO SÁNH GIỮA CÁC THƯỚC ĐO TAW ĐƠN GIẢN VÀ NÂNG CAO. Trong phần này so sánh hiệu suất hai thước đo TAW đơn giản và TAW nâng cao.Đó là đánh giá hiệu suất tương ứng với tắc nghẽn ở mức sử dụng cao. U được định nghĩa như ngưỡng liên kết sử dụng ở đó tắc nghẽn bằng 5 % Khi đó ta có bảng so sánh sau: TAW đơn giản TAW nâng cao So sánh hiệu suất (trung bình tắc nghẽn khác nhau) Ut U<Ut U>Ut i,j = 8 33% 42% 1% 7% i,j = 16 47% 47% 2% 4% i,j = 24 33% 47% 1% 3% Có thể kết lụân như sau: + Ở tuyến liên kết sử dụng thấp, TAW đơn giản và TAW nâng cao thực hiện cùng một cách. Tắc nghẽn trong trường hợp này rất thấp (dưới 5 %). + Ở tuyến liên kết sử dụng cao, thước đo TAW nâng cao thực hiện tốt hơn nhiều thước đo TAW đơn giản. Điều này đặc biệt đúng khi rất ít bước sóng được sử dụng. + Khi số bước sóng tăng lên thì tắc nghẽn hơn 5 % xuất hiện ở tuyến liên kết sử dụng cao hơn. Nói chung, thước đo TAW nâng cao thực hiện tốt hơn thước đo TAW đơn giản ở tuyến liên kết sử dụng cao hơn. Lý do là thước đo nâng cao cố gắng tối thiểu trọng lượng của tuyến rõ ràng trong khi vẫn cố gắng tối thiểu xác suất tắc nghẽn cho các yêu cầu cao hơn. Ngược lại, thước đo TAW đơn giản không đưa vào tính toán các khả năng. Nó chỉ cố gắng tối thiểu tổng tuyến liên kết sử dụng trên tuyến rõ ràng có thể từ nút lối vào tới nút lối ra. KẾT LUẬN Vấn đề RWA hiện nay rất được quan tâm nghiên cứu với một số lượng công trình đáng kể đã được công bố. Với cùng một cấu trúc vật lý, bằng các phương pháp định tuyến và gán bước sóng hợp lý trong cấu trúc mạng quang cho ta truyền được lưu lượng cao và mang lại hiệu quả sử dụng băng tần cũng như chất lượng dịch vụ. Luận văn đã trình bày tổng quát về chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS và chuyển mạch nhãn đa giao thức tổng quát GMPLS. Đó không chỉ là một công nghệ băng rộng hiện đại và nâng cao mà còn là cốt lõi hoặc là mũi nhọn của mạng. GMPLS cho phép các nhà khai thác viễn thông giảm bớt chi phí vận hành, đơn giản hoá việc quản lý lưu lượng và hỗ trợ các dịch vụ IP liên kết với nhau. Trong luận văn cũng đã khảo sát, nghiên cứu một số phương án giải quyết điển hình cho việc định tuyến và gán bước sóng trong mạng ghép kênh phân chia theo bước sóng WDM toàn quang. Đặc biệt là luận văn đã trình bày phương pháp sử dụng nền chuyển mạch nhãn đa giao thức GMPLS cho việc thiết lập luồng quang trong mạng toàn quang. Trên cơ sở một số giải pháp điển hình cho bài toán RWA đề xuất trong luận văn này đã xây dựng được mô hình mô phỏng các bài toán đã đề xuất bằng OMNET ++. Mô hình này đã được kiểm tra với mạng mắt lưới dưới các tham số khác nhau bao gồm tổng số bước sóng cho mỗi sợi quang và các bài toán khác nhau như: TAW đơn giản và TAW nâng cao cho bài toán định tuyến và gán bước sóng theo thứ tự bước sóng và ngẫu nhiên. Các kết luận rút ra từ mô phỏng mô hình là: + Xác suất yêu cầu bị tắc nghẽn P là rất thấp và ổn định ( U) thì tắc nghẽn tăng lên rất nhanh khi tuyến liên kết sử dụng tăng lên. + Thước đo T AW nâng cao thực hiện tốt hơn th ước đo T AW đơn giản ở tuyến liên kết sử dụng cao, đặc biệt khi số bước sóng cho mỗi sợi thấp. Ngược lại, ở tuyến liên kết sử dụng thấp (U < U) thì cả hai thước đo có kết quả giống nhau bất kể số bước sóng được sử dụng. Các bài toán gán bước sóng theo thứ tự bước sóng và ngẫu nhiên cho hiệu suất giống nhau khi kết hợp với bất kỳ bài toán định tuyến và đặt trước nào. Trong thời gian làm luận văn em đã cố gắng tìm hiểu về công nghệ chuyển mạch MPLS và GMPLS. Nhưng do thời gian có giới hạn nên em chưa thể đi sâu vào vấn đề này. Trong thời gian tới em sẽ cố gắng tìm hiểu và đi sâu vào đề tài này. Em cũng ý thức được rằng mặc dù đã cố gắng nhưng vẫn không thể tránh được những thiếu sót trong bản luận văn này. Vì vậy em mong nhận được nhiều sự góp ý của các thầy các cô. Em hy vọng rằng trong tương lai công nghệ GMPLS sẽ được đưa vào và triển khai ở nước ta. Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn các thầy cô và các bạn đã giúp đỡ em rất nhiều để hoàn thành đề tài luận văn này. TÀI LIỆU THAM KHẢO Ashowood-Smith, P.., et al.., Generalized Multi-protocol Label Switching (GMPLS) Architecture – draft-ietf-ccamp-gmpls-architeture-02.txt.2002. Beger, L., et al.., Generalized MPLS Signaling Functional Description – draft-ietf-mpls-generalized-signaling-08.txt.2002. Black, U., Optical networks, Third Generation Transport systems.2002: Prentice Hall PTR. Bruce Davie and Yakov Rekhter, MPLS Technology and Applications, Morgan Kaufmann Publishers, SanDiego, CA-USA,20USD. Neil Jerram, MPLS in Optical Network, Data Connection Limited, Enfield, UK Stallings, W., Multi Protocol Label Switching. Sept.2001, Cisco. Varga, A., Omnet++. 2002 Zang , H.,et al., Dynamic lightpath establishment in wavelength routed WDM network. IEEE Communications Magazine, Sept. 2001. Nguyễn BÁ Hưng, Định tuyến và gán bước song trong mạng WDM, Viện khoa học kỹ thuật Bưu điện. Viện khoa học kỹ thuật Bưu điện, Nghiên cứu công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS và đề xuất các kiến nghị áp dụng công nghệ MPLS trong mạng thế hệ sau (NGN) của tổng công ty. Tổng hợp các tài liệu từ Internet www.iec.rog www.ietf.org www.IPinfusion.com

Các file đính kèm theo tài liệu này:

  • docChuyển mạch nhãn đa giao thức tổng quát GMPLS.doc